[發明專利]一種抑制激光光強波動像質退化效應的主動成像系統及方法

在審

• 申請號: 201811521138.0
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109581409A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 程志遠;李治國;夏愛利;閆佩佩
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/48;G01S7/495;G01S7/481
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 楊引雪

為解決現有技術存在的在利用傅里葉成像系統成像時，對激光光源穩定性要求過高，導致工程中很難達到或成本過高，或者由于采樣時間加長導致成像時效性變差，使得成像系統使用范圍受到限制的技術問題，本發明提出一種抑制激光光強波動像質退化效應的主動成像系統及方法，通過激光分束器把激光分為主光束和輔助光兩束，主光束用于掃描目標表面，由目標表面反射并轉換為激光回波電信號進而得到相位閉合系數；輔助光用于檢測光強值，然后計算得到光強波動比例系數矩陣進而得到光強擾動因子，利用光強擾動因子和相位閉合系數，通過頻譜重建算法求解得到消除光強波動的頻譜分量，最后通過圖像重建得到抑制激光光強波動進而避免像質退化效應的圖像。

技術領域

本發明涉及主動成像，具體涉及一種抑制激光光強波動像質退化效應的主動成像系統及方法。

背景技術

激光干涉場成像是一種新型高分辨主動成像技術，如圖1所示，通過主動發射多束相干激光照射掃描目標表面，掃描目標表面反射的激光回波信號經接收系統信號解調，相位閉合抑制湍流擾動影響后，重構目標高分辨圖像。同常規光學成像相比，具有分辨率高、作用距離遠、主動性強等特點，可推廣應用于空間遠程暗弱目標探測等領域，對于開展研究有著重要意義和廣闊的應用前景。

現有的主動成像系統，包括激光發射單元、激光回波信號接收單元；其中，激光發射單元包括發射信息處理計算機、激光發射陣列；激光回波信號接收單元包括探測器接收模塊、圖像重建模塊；發射信息處理計算機用于設置各頻譜采樣點的發射孔徑間距和激光發射方向；激光發射陣列用于根據發射信息處理計算機的控制運動到對應的頻譜采樣點位置后發射激光掃描目標表面，目標表面反射激光回波光信號，探測器接收模塊用于接收激光回波光信號并將其轉換為激光回波電信號；圖像重建模塊用于接收探測器接收模塊接收到的激光回波電信號，當采集完激光發射陣列上所有頻譜采樣點后，將激光回波電信號進行解調處理并求解得到相位閉合系數；利用相位閉合系數，通過頻譜迭代得到高階頻譜分量，并利用高階頻譜分量經逆傅里葉變換重建目標圖像。

即現有的主動成像系統是通過激光發射陣列發射激光照射目標，再經過后續迭代重建頻譜分量進行成像。由于激光光強波動直接影響迭代頻譜分量的求解精度，進而影響最后的成像質量，嚴重時甚至無法重建目標圖像。因此，激光束光強波動是影響激光相干場成像像質的一個重要因素。

由于激光光束的光強隨時間和空間的波動性對成像像質影響較大，為獲得較好的成像質量，現有激光成像系統主要通過以下兩種技術途徑消除激光束光強波動對成像像質的影響：方法一，采用高穩定功率激光光源，保證光束光強穩定；方法二，成像采樣時，增加頻譜采樣時間，通過求平均的方法，消除激光光強波動效應。以上兩種方法，可在一定程度上消除激光光束光強波動對像質的影響。

但對方法一而言，對激光光源要求為窄線寬、高穩定性，這在實際工程中很難達到，即便能夠達到，在工程實現中也存在難度極大、成本很高的問題；對方法二而言，采樣時間的加長導致成像時效性變差，使得這種成像系統的使用范圍受到限制。

發明內容

為解決現有技術存在的在利用傅里葉成像系統成像時，對激光光源穩定性要求過高，導致工程中很難達到或成本過高，或者由于采樣時間加長導致成像時效性變差，使得成像系統使用范圍受到限制的技術問題，本發明提出一種抑制激光光強波動像質退化效應的主動成像系統及方法。

由于目前國內外尚不清楚激光束光強波動對成像像質的影響機理，因而現有激光光強波動(擾動)抑制方法無法從源頭上消除激光光強波動對像質的降質影響。本發明建立了激光光強對頻譜分量的影響理論模型，揭示了激光光強波動對像質產生影響的機理，并基于這個模型和基本影響規律，提出了一種高效的可抑制激光束光強波動對像質產生影響的高分辨主動成像系統及方法。